[发明专利]压水堆核电站蒸汽发生器中组合汽-液分离方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于核电汽-液分离领域，涉及一种高温高压湿蒸汽快速高效脱液的方法及装置，具体涉及一种核电站蒸汽发生器中通过U管换热后的湿蒸汽降低湿度的方法，以及实施该方法所用的装置。

背景技术

随着近年工业的急剧增长，人类对电力的需求不断加大；2012年，我国年消耗电量已达5万亿千瓦时。根据电力专家统计，全国用电量与GDP之间约为1:1.2的对应关系，可预见我国电力消耗还将在今后很长一段时间内以至少不低于5％的速度持续增长。作为主要的清洁能源，核电必将成为未来我国发展的重点。

核电的发展，不仅要求体现在机组的数量上，也要体现在机组的效率上。通过不断优化设计方案和改善装备性能以提高设备效率，并优选新型高效设备以努力降低建造成本，是核电发展过程中需要重点关注和思索的。而全力降低核电站中蒸汽发生器的出口蒸汽湿度、适当减小蒸汽发生器尺寸并尽量降低除湿能耗，就能达到降本增效的目的；而通过优化蒸汽发生器内上部的汽-液分离组件就是一条相对可行且安全的途径。

目前第二代压水堆核电站中的蒸汽发生器普遍采用旋叶分离器初步除湿，后串联折流式波纹板强化除湿方式以脱除主蒸汽中的液滴，确保蒸汽发生器出口蒸汽湿度满足≤0.25％的设计要求，防止水滴对汽轮机叶片的冲蚀，并通过提高蒸汽品质以改善其做功能力。第三代AP1000核电技术仍沿用了传统的工艺技术，但通过将第二代压水堆核电站蒸汽发生器内的单钩波形板干燥器改为双钩波形板，并将波形板由双层布置改为单层布置，并在干燥器结构参数上做出适当调整，实现了出口蒸汽湿度提高到≤0.1％的设计标准。

随着国产化要求的逐渐提升，在现有基础上提高单机组发电效率的呼声逐渐高涨，在进一步提高设备效率的同时、适当降低设备成本能有效满足核电发展的需求。旋叶分离器属于粗狂型的初级分离，用以脱除泡核沸腾后含有大量液滴的汽水混合物中的大部分大尺寸液滴；它通过在分离桶内装配一组固定的螺旋叶片，将流经的汽水混合物由直线运动变为螺旋线运动，在离心力作用下使汽水分离，在中心形成汽柱而在筒壁形成环状水层；水沿壁面螺旋上升至阻挡器，然后折返流经分离筒与外套筒构成的疏水通道而进入水空间；经过旋叶分离器除湿后的湿蒸汽再次进入折流式波纹板进一步除湿，折流板利用设备外形的变化改变湿蒸汽的流动轨迹，使得湿蒸汽中的液滴逐步在波纹板上聚集，达到汽液分离的目的。通过旋叶分离与折流式波纹板耦合形成的汽-液分离工艺，能基本满足蒸汽除湿的目的，但也存在单位体积设备分离效率偏低、分离效率不稳定等缺陷，在长期连续工况下存在损伤设备隐患，需采取更为高效和稳定的工艺、以及尺寸更小的设备以改善分离效率和降低设备成本。因此，核电站蒸汽发生器内主给水在U型管周边发生泡核沸腾，大量上升湿蒸汽在更小的空间内实现更高效率的除湿是今后的发展方向。

旋流分离工艺以其设备体积小、分离效率高、能耗低且设备运行稳定等优势，目前已被广泛应用至石油化工、生物医药、环保等多领域。作为旋流分离工艺的核心，旋流器的研发和优化设计始终受到各行业的广泛关注。目前美国的School of Mechanical and Materials Engineering of Washington State University(华盛顿州立大学机械和材料工程学院)等单位设计开发了5mm、10mm、15mm、25mm的微型汽-液旋流分离器。采用19mm旋流分离器，3μm生物质的汽溶胶颗粒分离效率可以达到95％，2μm生物质的汽溶胶颗粒分离效率也达到了80％以上。但是研究仍处于实验室阶段，工业应用还需解决诸多难题。

我国在旋流分离工业应用方面也做了很多工作，中国专利CN200995173Y发明了一种气液旋流分离器；中国专利CN200810201686.5公开了一种用于加氢装置中循环氢脱烃的气-液分离用旋流器，该旋流器公称直径为75mm。在旋流分离设备结构上的创新正在不断地拓展旋流分离的应用领域，但对于持续提高分离效率与降低分离能耗的矛盾，旋流分离技术的应用仍受到技术上的限制。

总之，由于现有技术存在的上述问题，故至今为止尚无能适当提高除湿效率和降低设备成本的工艺技术及设备，实属核电技术获得有效改善和提高的可行切入点。因此，本领域迫切需要开发除湿效率高且能有效缩小设备体积的先进工艺及装置。

发明内容

本发明提供了一种新颖的压水堆核电站蒸汽发生器中组合汽-液分离方法及装置，从而解决了现有技术中存在的问题，提供了一种核电站蒸汽发生器中分离效率更高且所占空间更小的汽水分离处理方法及装置。